基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法及装置与流程

1.本技术涉及数字化管理技术领域，更具体地，涉及一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法及装置。


背景技术：

2.在传统卷烟厂管控系统中，信息传递呈现金字塔式结构，大量数据存在于生产一线，导致生产进度及其设备状态的评估需要依靠人工核实，生产效率较低。工业化和信息化的融合为充分使用生产一线的海量数据提供了可能，建立制丝生产线数字孪生系统能够进行制丝生产线的仿真，为生产管理者提供更加充分的决策信息，提高生产管控质量。
3.现有技术的数字孪生平台，利用三维可视化技术，采用高频数据采集与匹配，实现工厂的数字孪生，通过数据可视化，对工业厂房、生产线、设备等管理要素进行三维仿真展示，通过集成视频监控、设备运行监测、环境监测以及其他传感器实时上传的监测数据，对生产流程、生产环境、设备运行状态进行实时监测。
4.但是设备的入口或物料在设备上运动的过程中是通过流量计或秤等计量设备进行检测的，由于物料的运动性等原因，计量设备的检测值会出现波动，检测值存在短时间内在0与1之间的跳变现象，导致数字孪生平台对设备运行状态的评估出现差错，降低了数字孪生平台对设备监测的准确性。


技术实现要素：

5.本技术提供一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法及装置，在确定本周期第一设备的更新基数后，通过反转和布尔运算更新第一设备的负荷状态，以此避免计量设备检测值的跳变引起的评估差错，提高了负荷状态评估的准确性，从而提高了数字孪生平台对设备监测的准确性。
6.本技术提供了一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，包括：
7.基于仿真生产线，对于生产线上的每个第一设备，在每个周期内执行如下操作：
8.实时采集第一设备和第一设备上游的第二设备的状态数据，状态数据包括第二设备的设备状态信息、第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息；
9.若达到更新时间，则依据状态数据确定第一设备的更新基数；
10.利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，其中，更新包括反转和布尔运算。
11.优选地，第一设备的负荷状态表示为n位二进制序列，其中n为正整数。
12.优选地，利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，具体包括：
13.若更新基数为1，则将第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将更新基数反转，随后对反转后的更新基数和第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将第四负荷状态中的每一位反转，获得第二负荷状态。
14.优选地，利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，还包括：
15.若更新基数为0，则将第一负荷状态中的每一位作为目标位，对于每个目标位执行如下步骤：
16.计算第一负荷状态中的第一位至目标位的所有数值的和；
17.对和与更新基数做布尔运算，将布尔运算的结果作为第二负荷状态中与目标位对应的位置的数值。
18.优选地，若第一设备的上游不存在第二设备，则第二设备的设备状态信息为0。
19.本技术还提供一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，仿真生产线包括第一设备和设置在第一设备上游的第二设备，设备负荷状态评估装置包括采集模块、更新基数确定模块以及更新模块；
20.采集模块用于实时采集第一设备和第一设备上游的第二设备的状态数据，状态数据包括第二设备的设备状态信息、第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息；
21.更新基数确定模块用于在达到更新时间时，依据状态数据确定更新基数；
22.更新模块用于利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，其中，更新包括反转和布尔运算。
23.优选地，第一设备的负荷状态表示为八位二进制序列。
24.优选地，更新模块包括判断模块和计算模块；
25.判断模块用于判断更新基数是否为1；
26.计算模块用于在更新基数为1时，将第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将更新基数反转，随后对反转后的更新基数和第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将第四负荷状态中的每一位反转，获得第二负荷状态。
27.优选地，更新模块还包括求和模块和布尔运算模块；
28.求和模块用于在更新基数为0时，计算第一负荷状态中的第一位至目标位的所有数值的和；
29.布尔运算模块用于对和与更新基数做布尔运算，将布尔运算的结果作为第二负荷状态中与目标位对应的位置的数值。
30.优选地，采集模块用于在第一设备的上游不存在第二设备时，将第二设备的设备状态信息确定为0。
31.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
32.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
33.图1为本技术提供的基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法的流程图；
34.图2为本技术提供的基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置的结构图。
具体实施方式
35.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
36.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
37.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
38.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
39.本技术提供一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法及装置，在确定本周期第一设备的更新基数后，通过反转和布尔运算更新第一设备的负荷状态，以此避免计量设备检测值的跳变引起的评估差错，提高了负荷状态评估的准确性，从而提高了数字孪生平台对设备监测的准确性。
40.需要说明的是，本技术的仿真生产线包括实体生产线上的所有设备对应的设备模型，这些设备的链接关系与实体生产线一致。以烟丝梗丝生产线为例，实体生产线上设有贮柜、传送带和烘丝机三个设备，仿真生产线上包括相互链接的贮柜模型、传送带模型，烘丝机模型。由此，仿真生产线中，对于每个设备模型，均具有如下特征：
41.本体，用于描述生产线上该设备及其处理的物料的特征信息；
42.上游链接，用于获取与该设备链接的上游设备的信息，包括上游设备的地址、设备状态信息等；
43.下游链接，用于获取与该设备链接的下游设备的信息，包括下游设备的地址、设备状态信息等。
44.在上述烟丝梗丝生产线中：
45.1、对于贮柜模型，特征信息如下：
46.本体，用于描述贮柜中贮存的烟丝所属工单、批次，烟丝的烟牌编码、烟牌名称、设备类型(贮柜)、设备状态信息等。
47.上游链接，由于贮柜的上游没有其他设备，因此该链接为空；
48.下游链接，贮柜的下游设备为传送带。
49.2、对于传送带模型，特征信息如下：
50.本体，用于描述传送带上运输的烟丝所属工单、批次，烟丝的烟牌编码、烟牌名称、设备类型(传送带)、设备状态信息等；
51.上游链接，传送带的上游设备为贮柜；
52.下游链接，传送带的下游设备为烘丝机。
53.3、对于烘丝机模型，特征信息如下：
54.本体，用于描述烘丝机中处理的烟丝所属工单、批次，烟丝的烟牌编码、烟牌名称、设备类型(烘丝机)、设备状态信息等；
55.上游链接，传送带的上游设备为传送带；
56.下游链接，由于传送带没有下游设备，因此传送带的下游链接为空。
57.如图1所示，基于上述仿真生产线的设备负荷状态评估方法包括：
58.基于仿真生产线，对于生产线上的每个第一设备，在每个周期内执行如下操作：
59.s110：实时采集第一设备和第一设备上游的第二设备的状态数据，状态数据包括第二设备的设备状态信息、第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息。
60.具体地，通过上游链接获得第二设备的设备状态信息。通过控制系统数据总线获得第一设备的本体数据，包括第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息。
61.上述烟丝梗丝生产线中，对于贮柜，不存在第二设备，因此第二设备的设备状态信息为0。通过判断贮柜的拨料辊是否有转动信号、底带是否有转动信号来确定贮柜的入口信息。若拨料辊和底带均有转动信号，则贮柜的入口信息为1，否则，入口信息为0。通过贮柜中物料存储量来确定贮柜的设备状态信息，若贮柜中没有物料，则设备状态信息为0；若贮柜中物料装满，则设备状态信息为256。贮柜的设备状态信息是[0，256]区间内的一个数值。
[0062]
对于传送带，通过其上游的贮柜的物料输出量或输出速度来确定第二设备的设备状态信息。若物料输出量或输出速度为0，则第二设备的设备状态信息为0。若物料输出量或输出速度不为0，则输出量或输出速度越大，第二设备的设备状态信息的数值越大。通过判断传送带的入口水分仪读数是否达到阈值来确定传送带的入口信息。若达到阈值，则入口信息为1，否则入口信息为0。通过传送带上物料的重量来确定传送带的设备状态信息。若传送带上没有物料，则传送带的设备状态信息为0，否则，传送带上物料越重，传送带的设备状态信息的数值越大。
[0063]
对于烘丝机，通过其上游的传送带的物料出口的输出量或输出速度来确定第二设备的设备状态信息。若输出量或输出速度为0，则第二设备的设备状态信息为0，否则输出量或输出速度越大，第二设备的设备状态信息的数值越大。通过烘丝机入口处的进料流量来确定烘丝机的入口信息。若进料流量为0，则烘丝机的入口信息为0。进料流量越大，烘丝机的入口信息的数值越大。通过烘丝机的滚筒内物料的重量来确定烘丝机的设备状态信息。若滚筒内没有物料，则烘丝机的设备状态信息为0，否则滚筒内物料越多，烘丝机的设备状态信息的数值越大。
[0064]
s120：若达到更新时间，则依据状态数据确定第一设备的更新基数。
[0065]
具体地，依据状态数据确定第一设备的更新基数，包括如下步骤：
[0066]
s1201：依据每种状态数据确定对应的事件类型。
[0067]
具体地，若第二设备的设备状态信息为0，则第二设备的设备状态信息对应第一事件类型，否则第二设备的设备状态信息对应第二事件类型。
[0068]
若第一设备的入口信息为0，则第一设备的入口信息对应第三事件类型，否则第一设备的入口信息对应第四事件类型。
[0069]
若第一设备的设备状态信息为0，则第一设备的设备状态信息对应第五事件类型，否则第一设备的设备状态信息对应第六事件类型。
[0070]
s1202：依据所有状态数据的事件类型确定本周期的事件组合。
[0071]
在每个周期，每种状态数据的数值是确定的，因此其对应的事件类型是确定的，由此，所有状态数据的事件类型组合形成确定的事件组合，即为本周起的事件组合，包括第一事件类型、第三事件类型和第五事件类型组合形成的第一事件组合、第一事件类型和第四事件类型组合形成的第二事件组合、第二事件类型和第三事件类型组合形成的第三事件组
合、第一事件类型、第三事件类型和第六事件类型组合形成的第四事件组合以及第二事件类型和第四事件类型组合形成的第五事件组合。
[0072]
s1203：记录当前全局时间，并依据事件组合确定更新基数b0，更新基数b0为0或1。
[0073]
若事件组合为第一事件组合，说明生产线未开启，则不输出更新基数，提前结束本次更新。若事件组合为第二事件组合、第三事件组合或第四事件组合，说明生产线可能存在异常，则判断当前全局时间与上次记录的全局时间之间的时间差是否达到时间阈值，若是，则将更新基数确定为0；否则，不输出更新基数，结束本次更新。若事件组合为第五事件组合，说明生产线正常运行，则判断当前全局时间与上次记录的全局时间之间的时间差是否达到时间阈值，若是，则将更新基数确定为1；否则，不输出更新基数，结束本次更新。
[0074]
s130：利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态。其中，更新包括反转和布尔运算。
[0075]
作为一个实施例，第一设备的负荷状态表示为n(n为正整数)位二进制序列其中，bi表示从左到右第i位二进制数。
[0076]
作为一个实例，第一设备的负荷状态表示为八位二进制序列第一设备的负荷状态初始化为00000000。
[0077]
在上述基础上，利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，具体包括：
[0078]
s1301：判断更新基数b0是否为1。若是，则执行s1302；否则，b0＝0，执行s1303。
[0079]
s1302：将第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将更新基数b0反转，随后对反转后的更新基数b0和第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将第四负荷状态中的每一位反转，获得第二负荷状态。
[0080]
例如，若上一周期第一设备的第一负荷状态为b＝00000000，并且更新基数b0＝1，则对第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态为b
t
＝11111111。随后对反转后的更新基数和第三负荷状态进行布尔运算。
[0081]
具体地，将第三负荷状态中的每一位作为目标位bi，对于每个目标位执行如下步骤：
[0082]
p1：计算第三负荷状态中的第一位b1至目标位bi的所有数值的第一和。
[0083]
p2：对该第一和与反转后的更新基数b0＝0做布尔运算，将布尔运算的结果作为第四负荷状态中与目标位bi对应的位置的数值。
[0084]
作为一个实施例，对于每个目标位bi，布尔运算如下：
[0085][0086]
其中∧表示逻辑与，表示从第1位到第i位求和，bool表示对括号内数值取布尔结果。
[0087]
若第三负荷状态为b
t
＝11111111，则本周期的状态更新过程为：
[0088]
[0089][0090][0091]
…
，以此类推得到的第四负荷状态为再反转后获得第二负荷状态
[0092]
需要说明的是，这里的逻辑与∧表示按位与，意思是要把符号两边的数字表示为二进制，例如0∧2相当于00∧10，结果为二进制的10，也就是2。布尔计算bool(2)＝1的结果为1。
[0093]
类似的，如果上一周期的第一负荷状态为b＝10000000，并且更新基数b0＝1，则对第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态为b
t
＝01111111，更新基数b0反转为则本周期的状态更新过程为：
[0094][0095][0096][0097]
…
，以此类推得到的第四负荷状态为再反转后获得第二负荷状态
[0098]
由此，若连续两个周期的更新基数均为1，则第一设备的负荷状态得到更新。
[0099]
s1303：将第一负荷状态中的每一位作为目标位bi，对于每个目标位执行如下步骤：
[0100]
p1：计算第一负荷状态中的第一位b1至目标位bi的所有数值的第二和。
[0101]
p2：对该第二和与更新基数b0做布尔运算，将布尔运算的结果作为第二负荷状态中与目标位bi对应的位置的数值。
[0102]
作为一个实施例，布尔运算为逻辑与运算，由此，对于每个目标位bi，更新公式如下：
[0103][0104]
若上一周期的第一负荷状态为b＝10000000，并且更新基数为b0＝0，则本周期的状态更新过程为：
[0105][0106][0107][0108]
…
，以此类推得到的第二负荷状态为
[0109]
可见，若连续两个周期中更新基数分别为1和0(即某个状态数据发生跳变)，则第
一设备的负荷状态被清零，避免状态数据跳变带来的评估差错。
[0110]
基于上述，本技术还提供了一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置。仿真生产线包括第一设备和设置在第一设备上游的第二设备。如图2所示，设备负荷状态评估装置包括采集模块210、更新基数确定模块220以及更新模块230。
[0111]
采集模块210用于实时采集第一设备和第一设备上游的第二设备的状态数据，状态数据包括第二设备的设备状态信息、第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息。
[0112]
更新基数确定模块220用于在达到更新时间时，依据状态数据确定更新基数。
[0113]
更新模块230用于利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，其中，更新包括反转和布尔运算。
[0114]
优选地，更新基数确定模块220包括事件类型确定模块2201、事件组合确定模块2202以及组合对应模块2203。
[0115]
事件类型确定模块2201用于依据每种状态数据确定对应的事件类型。
[0116]
事件组合确定模块2202用于依据所有状态数据的事件类型确定本周期的事件组合。
[0117]
组合对应模块2203用于记录当前全局时间，并依据事件组合确定更新基数，更新基数为0或1。
[0118]
优选地，第一设备的负荷状态表示为八位二进制序列。
[0119]
优选地，更新模块230包括判断模块2301和计算模块2302；
[0120]
判断模块2301用于判断更新基数是否为1。
[0121]
计算模块2302用于在更新基数为1时，将第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将更新基数反转，随后对反转后的更新基数和第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将第四负荷状态中的每一位反转，获得第二负荷状态。
[0122]
优选地，更新模块230还包括求和模块2303和布尔运算模块2304。
[0123]
求和模块2303用于在更新基数为0时，计算第一负荷状态中的第一位至目标位的所有数值的和。
[0124]
布尔运算模块2304用于对和与更新基数做布尔运算，将布尔运算的结果作为第二负荷状态中与目标位对应的位置的数值。
[0125]
优选地，采集模块210用于在第一设备的上游不存在第二设备时，将第二设备的设备状态信息确定为0。
[0126]
本技术可以动态估计生产线上各个设备的负荷状态，能够提高生产线的负荷状态估计的准确性，为后续优化决策提供依据。
[0127]
虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，其特征在于，包括：基于仿真生产线，对于生产线上的每个第一设备，在每个周期内执行如下操作：实时采集所述第一设备和所述第一设备上游的第二设备的状态数据，所述状态数据包括所述第二设备的设备状态信息、所述第一设备的入口信息以及所述第一设备的设备状态信息；若达到更新时间，则依据所述状态数据确定所述第一设备的更新基数；利用所述更新基数对上一周期所述第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期所述第一设备的第二负荷状态，其中，所述更新包括反转和布尔运算。2.根据权利要求1所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，其特征在于，第一设备的负荷状态表示为n位二进制序列，其中n为正整数。3.根据权利要求2所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，其特征在于，利用所述更新基数对上一周期所述第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期所述第一设备的第二负荷状态，具体包括：若所述更新基数为1，则将所述第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将所述更新基数反转，随后对反转后的更新基数和所述第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将所述第四负荷状态中的每一位反转，获得所述第二负荷状态。4.根据权利要求3所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，其特征在于，利用所述更新基数对上一周期所述第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期所述第一设备的第二负荷状态，还包括：若所述更新基数为0，则将所述第一负荷状态中的每一位作为目标位，对于每个目标位执行如下步骤：计算所述第一负荷状态中的第一位至所述目标位的所有数值的和；对所述和与所述更新基数做布尔运算，将布尔运算的结果作为所述第二负荷状态中与所述目标位对应的位置的数值。5.根据权利要求1所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法，其特征在于，若所述第一设备的上游不存在第二设备，则所述第二设备的设备状态信息为0。6.一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，其特征在于，所述仿真生产线包括第一设备和设置在所述第一设备上游的第二设备，所述设备负荷状态评估装置包括采集模块、更新基数确定模块以及更新模块；所述采集模块用于实时采集所述第一设备和所述第一设备上游的第二设备的状态数据，所述状态数据包括所述第二设备的设备状态信息、所述第一设备的入口信息以及所述第一设备的设备状态信息；所述更新基数确定模块用于在达到更新时间时，依据所述状态数据确定更新基数；所述更新模块用于利用所述更新基数对上一周期所述第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期所述第一设备的第二负荷状态，其中，所述更新包括反转和布尔运算。7.根据权利要求6所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，其特征在于，第一设备的负荷状态表示为八位二进制序列。8.根据权利要求7所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，其特征在于，所述更新模块包括判断模块和计算模块；
所述判断模块用于判断所述更新基数是否为1；所述计算模块用于在所述更新基数为1时，将所述第一负荷状态中的每一位反转，获得第三负荷状态，并将所述更新基数反转，随后对反转后的更新基数和所述第三负荷状态进行布尔运算，获得第四负荷状态，最后将所述第四负荷状态中的每一位反转，获得所述第二负荷状态。9.根据权利要求8所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，其特征在于，所述更新模块还包括求和模块和布尔运算模块；所述求和模块用于在更新基数为0时，计算所述第一负荷状态中的第一位至目标位的所有数值的和；所述布尔运算模块用于对所述和与所述更新基数做布尔运算，将布尔运算的结果作为所述第二负荷状态中与所述目标位对应的位置的数值。10.根据权利要求6所述的基于仿真生产线的设备负荷状态评估装置，其特征在于，所述采集模块用于在所述第一设备的上游不存在第二设备时，将所述第二设备的设备状态信息确定为0。

技术总结
本申请公开了一种基于仿真生产线的设备负荷状态评估方法及装置，评估方法包括：实时采集第一设备和第一设备上游的第二设备的状态数据，状态数据包括第二设备的设备状态信息、第一设备的入口信息以及第一设备的设备状态信息；若达到更新时间，则依据状态数据确定第一设备的更新基数；利用更新基数对上一周期第一设备的第一负荷状态进行更新，获得本周期第一设备的第二负荷状态，其中，更新包括反转和布尔运算。本申请在确定本周期第一设备的更新基数后，通过反转和布尔运算更新第一设备的负荷状态，以此避免入口检测值的跳变引起的评估差错，提高了负荷状态评估的准确性，从而提高了数字孪生平台对设备监测的准确性。高了数字孪生平台对设备监测的准确性。高了数字孪生平台对设备监测的准确性。


技术研发人员：邵坚铭 张志铭 冯海 徐栋炯 宋磊 高杰 侯卫锋 谢磊
受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/16